5.2 Экспериментальные исследования

5.2.1 Изучение строения и градуировка шкалы спектроскопа

С

пектроскоп является одним из спектральных приборов – оптических приборов для разложения в спектр за длинами волн (частотами) электромагнитного излучения оптического диапазона и для изучения этих спектров. По способам разложения в спектр приборы делятся на несколько классов [5]. 1) Спектральные приборы с пространственным разложением, где излучение разных частот разделяется по направлениям распространения. 2) Спектральные приборы с амплитудной модуляцией, основанной на явлении дифракции света, где анализ спектрального состава излучения выполняется за счет изменения длины волны и, как следствие, изменения оптической разности хода лучей и изменения интенсивности излучения этой длины волны в результате интерференции и другие. Мы изучаем спектроскоп, то есть прибор для наблюдения оптических спектров, с пространственным разложением. Принципиальная схема прибора УМ – 2 приведенная на рис.  5.1.Прибор имеет три основные части: входной коллиматор – 1; диспергирующий элемент – 2; выходной коллиматор – 3.

Входной коллиматор состоит из диафрагмы со щелью Щ, которая находится в фокальной плоскости (расстояние F1) линзы Л1. Он создает параллельный пучок неразделенного излучения, которое направляется на диспергирующий элемент.

Диспергирующий элемент - это устройство, в котором пространственное разложение света в спектр происходит благодаря явлению дисперсии, которое заключается в зависимости скорости света V и показателя преломления где с – скорость света в вакууме, от длины волны. Угол отклонения световых лучей трехгранной призмой зависит от показателя преломления, поэтому прохождение света через трехгранную призму сопровождается его разложением в спектр.

Диспергирующий элемент в спектроскопе УМ – 2 - это трехгранные призмы из прозрачного материала (рис. 5.2), угол отклонения лучей   =  f[n()] в которых зависит от показателя преломления n и от длины волны . Он превращает пучок лучей, которые падают на него, в систему параллельных пучков, идущих под разными углами () (см.  рис 5.1).

Исходный коллиматор фокусирует с помощью линзы Л2 параллельные пучки и создает в фокальной ее плоскости (на расстоянии F2), совпадающей с плоскостью наблюдения ПС (см.  рис 5.1), систему изображений входной щели Щ в разных цветах, которые имеют разные длины волн. Таким образом происходит пространственное разложение сложного света в спектр.

В

нешний вид спектроскопа изображен на рис. 5.3. Элементы 1, 2, 3 помечают, как и на рис. 5.1, входной коллиматор, диспергирующий элемент и исходный коллиматор. Размеры щели Щ входного коллиматора регулируются с помощью микрометрического винта В. Диспергирующий элемент расположен в корпусе 2 на столике, положение которого регулируется червячной парой с помощью барабана Б. Поворот барабана обеспечивает наблюдение необходимой части спектра и фиксируется по шкале, нанесенной на его поверхности. Спектральные линии наблюдаются с помощью выходного коллиматора, в котором есть визирный штырь, а четкое изображение штыря и линий достигается перемещением окуляра Ок и объектива О коллиматора.

Д ля превращения спектроскопа в спектрометр необходимо проградуировать шкалу спектроскопа, то есть поставить в соответствие делениям шкалы спектроскопа соответствующие значения длин волн. Это соответствие, как правило, представляется в виде графика зависимости длины волны  от угла поворота  барабана (см. рис 5.3). Типичная форма градуировочного графика представлена на рис. 5.4. Чтобы построить такой график необходимо иметь излучение с известным линейчатым спектром.

С помощью спектрометра можно определить длину волны неизвестного излучения, как это показано на рис. 5.5 пунктирными линиями: по измерениям угла поворота барабана  проводится линия к пересечению с графиком, после чего проводится горизонтальная линия до пересечения с осью ординат, что определяет измеренную длину волны  .